Добавил:

mihail1000 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Воронежский государственный технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Учебное пособие 800208

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

01.05.2022

Размер:

942.46 Кб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

На правах рукописи

ТЬЮ ТХИ ХОАНГ АНЬ

ПРАКТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА СИСТЕМЫ

«ОДНОЭТАЖНЫЕ СТАЛЬНЫЕ РАМЫ - БУРОНАБИВНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ» С УЧЕТОМ ЖЕСТКОСТИ ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Специальность: 05.23.01 - Cтроительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2016

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении	высшего образования «Тамбовский
государственный технический университет»
Научный руководитель	доктор технических наук, профессор
	Леденев Виктор Васильевич
Официальные оппоненты:	Клюева Наталия Витальевна
	доктор технических наук, профессор,
	член-корреспондент РААСН
	Жидков Константин Евгеньевич
	кандидат технических наук, доцент
Ведущая организация :	ФГБОУ ВО «Волгоградский государ-
	ственный архитектурно-строительный
	университете» г. Волгоград

Защита состоится « » 2016 г. в на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд. 3220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, а также на сайте: http://edu.vgasu.vrn.ru/SiteDirectory/DisSov/D212.033.01/

Автореферат разослан «

2016 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета	Власов Виктор Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Расчет системы «основание-фундамент- узел сопряжения фундамента со стойкой рамы-рама» (далее- «системы») включает собой расчет фундаментов, рам с учетом жесткости всех их элементов и соединений, учет взаимодействия основания и фундаментов.

Грунтовые основания являются сложной реологической средой, механические свойства которой, могут изменяться в широких пределах. Известные модели оснований несовершенны, а расчеты с их использованием значительно отличаются.

На фундаменты часто действует плоская система сил, под действием которой они перемещаются по сложным схемам, несущая способность фундаментов по грунту основания и материалу зависит от многих влияющих параметров.

Дополнительные силы Q в податливых соединениях стальных рам приводят к значительному увеличению нагрузки на болт по сравнению с относительно жесткими соединениями. Эти силы должны быть учтены при расчете болтовых соединений стального ригеля со стойкой и стойки со фундаментам.

Существующие методы расчета требуют кардинального усовершенствования на основе экспериментальных данных.

Актуальность темы диссертации обусловлена практической значимостью указанных выше научно-технических задач, современными возможностями совершенствования качества инженерных расчетов путем использования решений строгой теории.

Степень разработанности темы исследования. Теоретическими и практическими основами работы стали исследования отечественных, Европейских и Американских ученых, посвященные расчету цилиндрических заглубленных фундаментов, элементов однопролетных одноэтажных легких рам производственных конструкций и их взаимодействию.

Цель диссертационной работы- разработать практический метод расчета одноэтажной однопролетной стальной рамы на буронабивных фундаментах при действии плоской системы сил с учетом деформации фундаментов и податливости соединений.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

-проанализировать известные экспериментально-теоретические исследования напряженно-деформированного состояния системы «стальная рама-фундамент-деформируемое основание»;

-установить закономерности распределения контактных напряжений по боковой поверхности и подошве буронабивных фундаментов и расположения мгновенных центров вращения;

-разработать методы расчета несущей способности конструкций буронабивных фундаментов и их перемещений при действии плоской системы сил;

-разработать метод расчета болтового соединения буронабивного фундамента со стойкой стальной рамы с учетом гибкости элементов;

-разработать методику расчета системы: грунтовое основаниесоединительный узел-стальная одноэтажная однопролетная рама из легких элементов.

Научную новизну работы составляют:

1.Функциональные зависимости координат мгновенных центров вращения фундаментов и контактных напряжений от относительных величин заглубленний и эксцентриситетов, нагрузок и углов наклона их к вертикали.

2.Метод расчета несущей способности конструкции фундаментов, основанный на экспериментально определенных и математически обработанных данных с определением коэффициентов и функции влияния.

3.Решения задач о перемещениях заглубленных фундаментов в линейнодеформируемой среде с использованием МКЭ и программы “Plaxis 8x”, позволяющие определить компоненты перемещений и координат мгновенных осей вращения.

4.Результаты численных исследований НДС основания подземных конструкций при действии плоской системы сил с определением картин деформирования основания, построением характерных поверхностей и их следов.

5.Метод расчета болтового соединения фундамента со стойкой стальной рамы, учитывающий гибкости элементов и модели зарубежных ученых.

6.Метод расчета системы «грунтовое основание-фундаменты- соединительный узел-стальная одноэтажная рама из легких элементов», позволяющий более обоснованно получить оптимальное решение с обеспечением требуемой надежности.

7.Рекомендации по повышению эффективности проектных решений.

Теоретическая и практическая значимость и реализация результатов

исследования. Установленные многочисленные функциональные зависимости относительных координат мгновенных осей вращения, закономерности распределения и изменения нормальных и касательных контактных напряжений позволяют уточнить существующие методы расчета несущей способности и перемещений фундаментов и системы в целом, оценить взаимное влияние близко расположенных подземных конструкций.

Разработанная методика расчета системы «грунтовое основание- фундаменты-соединительный узел-стальная одноэтажная рама из легких элементов» может быть использована при расчете и проектировании стальных рамных конструкций. Основные положения диссертационной работы включены в учебную программу подготовки бакалавров и магистрантов по дисциплинам «Обследование и испытание сооруженний», «Теория сооруженний», «Железобетонные и каменные конструкции».

Методика расчета системы внедрена в практику проектирования во Вьетнаме.

Методология и методы исследования. Методологической основой исследования послужили ранее полученные результаты полевых и лабораторных экспериментов с моделями фундаментов, оснащенных протарированными устройствами измерения нормальных и касательных напряжений, данные многолетных лабораторных опытов с моделью одноэтажной однопролетной стальной рамы с квадратными заглубленными фундаментами на песчаном основании. Деформации и напряжения в элементах рамы изменялись тензометрами и тензорезисторами. В экспериментах использованы метрологически аттестованные приборы, основаные положения теории планирования и моделирования.

Проведена статистическая обработка раше полученных экспериментальных данных с определением функций влияния. Численные исследования выполнены с применением хорошо опробированных методов И.А. Симвулиди, программного комплекса “Plaxis 8x”.

В основу методики расчета соединения фундамента со стойкой рамы положены разработки отечественных и зарубежных ученых, основные положения EUROCODE 3 и ASIC. Использованы общепринятые модели, приципы и гипотезы строительной механики, механики деформируемых твердых сред, теории пластичности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1.Закономерности распределения нормальных и касательных контактных напряжений, координат мгновенных центров вращения фундаментных конструкций, полученные по результатам математической обработки опытных данных, в том числе, с крупномасштабной тензомоделью.

2.Картины деформирования основания рамы, полученные МКЭ по данным численных исследований с использованием программы “ Plaxis 8x”;

3.Новые методы расчета фундаментных конструкций по двум группам предельных состояний, в том числе, с помощью эмпирических функций влияния.

4.Методика расчета системы «основание-фундамент-узел соединениястальная рама».

5.Предложения по регулированию усилий и перемещений в элементах системы.

Степень достоверности и апробация работы.

Степень достоверности исследования обеспечивается:

- использованием современного метрологически аттестованного контрольноизмерительного оборудования;

- применением современных программных комплексов; - использованием фундаментальных теорий, принципов, хорошо

обоснованных гипотез и допущений; - сравнением расчетных и опытных данных с результатами других

ученых;

- постановкой численных эксперементов и статической обработкой расчетных и опытных данных.

Основные положения диссертационной работы докладывались на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений» (Пенза, 2008 г); первой и второй международной научнопрактической конференции посвященной 35-летию института АРХСИТ ТГТУ «Устойчивое развитие региона: архитектура, строительство, транспорт» (Тамбов, 2014, 2015 г); научно-технической конференции «Строительные конструкции и материалы. Современные проблемы, исследования», подсекция «Основания, фундаменты и механика грунтов», посвященной 105-летию со дня рождения проф. Шеляпина Р.С. (Воронеж, 2014 г); ежегодных научнотехнических конференциях ТГТУ (2013... 2016).

Публикации. Основные результаты исследования и содержание диссертационной работы изложены в одной монографии и 7 статьях, опубликованных в сборниках научных работ, 4 из которых опубликованы в издании, входящем в перечень, определенный ВАК РФ.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, шести разделов, списка использованных источников из 252 наименований, 2 приложений; содержит 187 страниц, из которых 160 страниц машинописного текста, в том числе, 99 рисунков, 33 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснуется актуальность выбранной темы диссертационной работы и дана ее общая характеристика.

Первая глава посвящена анализу современного состояния изучаемых в диссертации проблем и обоснованию поставленных задач.

Конструкции и основания заглубленных фундаментов исследовали: С.М. Алейников, В.Г. Березанцев, Г.Г. Болдырев, Н.В. Бойко, В.И. Быков, В.С. Глухов, Г.И. Глушков; В.Н. Голубков; М.И. Горбунов-Посадов, П.Д. Евдокимов, С.В. Иконин, А.С. Кананян, П.Н. Кашкаров, Г.К. Клейн, А.П. Кудзис, Н.В. Лалетин, Ле Ат Хой, В.В. Леденев, М.В. Малышев, Ю.Н. Мурзенко,В.С. Плевков, И.Ф. Разоренов, И.Т. Сергеев, Н.К. Снитко, А.Н. Снитко, А.С. Снарский, Е.А. Сорочан, Л.Н. Теренецский, А.Н. Тетиор, А.В.

Филатов, О.Я. Шехтер, А.Г. Юрьев, W. Eastwood, Y. Lebeque, G. Mayerhof, H. Muhs, H. Kahl, S. Pzakash, A.S. Vesic и др.

Механизм взаимодействия рамных конструкций с грунтовым основанием изучали: Е.И. Беленя, Л. В. Клепиков, С.А. Варечкин, А.А. Гвоздев, И.Д. Грудев, О.В. Евдокимцев, Ю.И. Колмогоров, А.Ф. Котлов. И.Н. Кузнецов, В.В. Леденев, Ф.Ф. Поселький, Г.А. Шапиро, J.H.A. Struik, F. Wald и др.

Напряженно - деформированное состояние стальных рам исследовали: Е.И. Беленя, Г.И. Белый, С.А. Варечкин, И.Д. Грудев, О.В. Евдокимцев, К.Е.

Жидков, В.В. Зверев, А.И. Кикин, Н.В. Клюева, А.Ф. Котлов, В.В. Леденев, Ф.Ф. Посельский, А.С. Семенов, Н.С. Стрелецкий, В.И. Трофимов, Г.А. Шапиро, W.P. Chen, J. Atsutu, W. Schweccи др. Расчет стальных рам с учетом податливости соединений приведен в работах Е.И. Белени, Л. В. Клепикова, Ю. И. Колмогорова и др.

Рассмотрены решения Н.М. Герсеванова, Б.Н. Жемочкина, С.В. Иконина, В.В. Леденева, И.А. Симвулиди и др. Отмечены отдельные недостатки широко используемых моделей оснований.

Во второй главе приведен метод расчета несущей способности буронабивных фундаментов, как железобетонных конструкций с кольцевым армированием. Проведена математическая обработка опытных данных В.В. Леденева, полученных в опытах с крупномасштабной тензомоделью d = 40 см; h = 150 см и с моделью d = 46,5 см, оснащенной под подошвой грунтовыми динамометрами конструкции Г.Е. Лазебника. Кроме того, обобщены результаты полевых и лабораторных опытов с определением координат мгновенных центров вращения xc = u/i, zc = s/i и их относительные величины ̅ = xc/R; ̅ = zc/h. Здесь s, u, i - осадка центра поперечного сечения фундамента в уровне поверхности, горизонтальное перемещение и крен.

Получены многочисленные функции влияния величины нагрузки F, относительного заглубления λ = h/d и эксцентриситета силы е0 = e/R, угла наклона силы к вертикали δ.

Построены функции влияния для нормальных контактных напряжений вдоль боковой поверхности фундамента σz(h), по ширине подошвы σx(z), касательных напряжений по высоте фундамента τzy. Нормальные контактные напряжения определены с учетом и без учета трения по боковой поверхности.

В случае, когда трение по боковой поверхности не учитывается (f~0), проверка условия ∫∫τzydA = 0 приближенная. Для вычислении τп в большинстве случаев принимаем k = 1, тогда

			Psin
	П

[2,87a / 6 0,03]R2

;

(1)

		Pcos			4e	0	x
	(x) =			1+
Z		R	2		R

;

(2)

σx(z) = [az2 – (0,62a + 0,98)z - 0,98a + 0,43],	(3)
где a = - 1,06 P0,723 e00,71.

В случае, когда трение по боковой поверхности τz = σx(z) f и принят

линейный закон распределения нормальных напряжений по подошве σz(x)
σx(z) = [az2 – (0,62a + 0,98)z - 0,98a + 0,43];
		(x)	(f Pcos - Psin )			x ;	(4)
				1 + 4е
			(f 2 1) R2
	z				0 R
τzy = f[az2 – (0,62a + 0,98)z - 0,98a + 0,43],							(5)

(f Psin - P cos )

г де a

0,49h

0,43h

- 0,31h

- 0,98h

;

( f

1)B

	п	= f	z	(x) = f
	п		z

(f Pcos - Psin )						x
	2	1) R	2	1+ 4е	0
(f						R

(6)

Так, при e0 = 0 ; d = 40 см; = 3; е0 = 0,75:

А) Если трение по боковой поверхности не учитывается, то

σz (x) = P/ R 2 постоянно по всей поверхности подошвы;

σx (z) = - 1,06P0,723z2 – (0,98 – 0,6572P0,723)z + 0,0954P0,723 + 0,43.

Б) Когда трение по боковой поверхности учитывается, то

σz (x) = f P/(f2 - 1)πR2 ; σx (z) = az2 – ( 0,62a+ 0,98 ) z - 0,98a + 0,43;

	[		- P		0,49h 2			0,43h]
г де a		( f 2	1)B						.
г де a		h 3				2			.
		h 3				2
				- 0,31h			- 0,98h
				- 0,31h			- 0,98h
			3
			3

Сравнение значений координат мгновенной оси вращения по расчету и экспериментам приведено в табл. 1.

Таблица 1 Сравнение экспериментальных и теоретических относительных величин

ординат мгновенных центров вращения

P, кН	80	100	120	140	160	180	200
̅c exp	0,7	0,75	0,76	0,74	0,73	0,7	0,7
zc teop	0,7	0,74	0,74	0,74	0,74	0,7	0,74
Погрешность, %	1,5	1,2	1,4	0,14	1,5	0,83	5,5

Сравним теоретические и экспериментальные величины касательных напряжений приведены в табл. 2.

Таблица 2 Теоретические и экспериментальные значения касательных напряжений τzy

P,		Касательные напряжения τz y( 10 -2 МПа) при ̅
	τzyteop			τzyex		τzy teop (plaxis)
кН
	0…0,25		0,25…0,5	0…0,25	0,25…0,5	0…0,25	0,25…0,5

9,60	0,416		0,456	0…0,40	0… 0,40	0…0,44	0,42..0,48
19,2	0,687		0,753	0…0,60	0… 0,80	0…0,31	0,28…0,57

Погрешности для P(кН): 9,6-3,8 %; 19,2-5,8 % незначительны. В расчетах можно использовать формулу:

τzy = f [az2 – (0,62a + 0,98)z - 0,98a + 0,43]. (*)

Предложена методика расчета несущей способности буронабивных фундаментов при произвольном приложении наклонной силы. Эта нагрузка может быть разложена на простые случаи действия плоской системы сил.

Так вместо P1 примем P, P' и М (рис. 1):

P P ,e ; P' 2Psin sin / 2 ; M P' e cos / 2 2P sin sin / 2 e cos / 2 .

Сила P’ проходит через 0 и находится в плоскости ХОУ, δ = 900, е = 0.

В уравнении для τα напряжений от момента М:

добавляются величины боковых касательных

M / xRh R 2P sin sin / 2 e cos / 2 / hnR	2	.

Нормальные и касательные напряжения получены равными :

где

a z

a z a cos

1,5 ;

0,62a

0,98 z 0,98a

0,43 cos

a z

0,62a

0,98 z 0,98a

0,43 sin cos

1,5

0,62a

0,98 z 0,98a

0,43 sin 1,5 cos

2P sin sin

/ 2 e cos / 2

;

h R

f a z

0,43 cos

0,62a

0,98 z

0,98a

0,62a

0,98 z 0,98a

0,43 cos

1,5 ;

P f cos sin

1 4e0 cos

2P sin sin / 2 ;

f 2

1 R2

2 1 R2

P f

cos sin

1 4e

cos

2P sin sin / 2

1 R

4P sin sin

/ 2

0,49h h 0,88

0,49h h

;

0,33h h

2,97

0,33h h

0,94h

0,94h 2,97

а)

б)

в)

(7)

(8)

	(9)
	(10)
	(11)

0,88

		.
		.

г)

Рис. 1- Эпюры напряжений а) - общий вид фундамента; б) - продольный разрез

в) - эпюра нормальных напряжений по контуру поперечного сечения для силы P1; г) - плоскости действия сил

Картины деформирования и разрушения песчаного основания при различных схемах действий силы приведены в диссертации.

Третья глава диссертации посвящена разработке методики расчета перемещений и несущей способности буронабивных фундаментов при действии плоской системы сил. В том числе, представлены способы определения осадок и перемещений фундаментов с применением теории местных упругих деформаций, использованием подхода И.А. Симвулиди, с помощью известной зарубежной мощной графико-компьютерной программы “plaxis 8.x”. Для конкретных случаев приведены примеры и результаты сравнения опытных и расчетных величин.

При известной эпюре контактных напряжений и соответствующих коэффициентах постели можно приближенно определить осадки и перемещения фундамента по гипотезе Фусса-Винклера:

sx = σz/ ks; ui = σx(z)/ ki.

В численном эксперименте при ω = 0,05; ρ = 1,6 г/см3; R = 1,01 МПа; С=

	0		4
0,003 МПа; φ = 28		; Ec = 20.10		МПа; E0	= 33 МПа; d = 0,4 м; hf	= 0,3 м; hf	=

1,5 м (рис. 2) получены kz (кН/м3) при z (м): 0- 6253; 0,5- 12199; 1- 1815; 1,5- 24090.

Определение горизонтального перемещения фундамента с использованием функциональных прерывателей Н.М. Герсеванова и подхода И.А. Симвулиди. Рассмотрен частный случай: фундамент постояного сечения заглублен в однородной слой грунта. По введенным формулам определим

предложенные И.А. Симвулиди Hij,

( A)

,a1(A),

b1(A),

C1(A), b2(A),

параметры,

C2(A), Кi(A), Hi(A),

( A)

, d1P(А), d2P(А). Затем определим неизвестные силы

и изгибающие моменты в сечения А1, А2:

= K

( A)

; M

= K

( A)

;

(12)

= K

( A)

= K7

( A)

По величинам MА1, MA2, YА1и YA2можно определить горизонтальное

перемещение δА в точке A:

( A1)

A2 A3

( A2)

A1A2

2 A2

2 A1

A2 A3iA1A2

2 A2

3 A2

A2 A3

A1A2iA1A2

( y

( A1)

)

A1A2

3 A2

3 A1

) ,

LAA1

( y

( A)

2 A1

2 A

AA1

3 A1

3 A

AA1 AA1

M A

где

y 2i

y3i

прогиб

сечение

от

1при

1 ; от

E bL

1при

1. Здесь Mi, Yi- неизвестные усилия.

Конечным этапом

E bL

расчета является построение эпюр P, Q, M, y.

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
01.05.2022925.77 Кб10Учебное пособие 800203.pdf
#
01.05.2022927.71 Кб7Учебное пособие 800204.pdf
#
01.05.2022935.5 Кб2Учебное пособие 800205.pdf
#
01.05.2022939.61 Кб1Учебное пособие 800206.pdf
#
01.05.2022939.63 Кб5Учебное пособие 800207.pdf
#
01.05.2022942.46 Кб3Учебное пособие 800208.pdf
#
01.05.2022945.83 Кб2Учебное пособие 800209.pdf
#
01.05.2022280.59 Кб2Учебное пособие 80021.pdf
#
01.05.2022951.12 Кб6Учебное пособие 800210.pdf
#
01.05.2022951.95 Кб4Учебное пособие 800211.pdf
#
01.05.2022955.91 Кб3Учебное пособие 800212.pdf